Chapter 5: 沉井基础(Caisson Foundation)---类型划分 (2)

1 引言

沉井或称沉箱(Caisson)是一种盒子形状的地基，在地面以上建造，作为一个整体下沉到所需深度。Caisson这个术语用来指在湖泊、河流、海洋等水底铺设地基的防水槽。这里所说的沉井和沉箱表达的是同一个意思, 可以交叉使用. 桥墩有时被构造成沉箱(caissons)，其中基础构件是通过土层沉入的。 本笔记follow着课程进度[4/12/2021至4/18/2021 Week 6], 简要回顾了沉井的类型. 本材料仅用于上课, 无任何研究性质的内容.

2 沉井的类型

根据施工方法的不同，沉井大致可分为三种类型:

(a) 开放式沉箱 (Open Caissons)

(b) 气动沉箱 (Pneumatic Caissons)

(c) 浮式或箱式沉箱 (Floating or box Caissons)/浮运沉井

(a) 开放式沉箱。开放式沉箱(open caissons)，孔洞是以內挖的方式进行, 这些沉箱呈箱形，在施工过程中顶部和底部都是开放的。沉箱沉入位置，到达最终位置后，在其底部浇筑混凝土密封。最后，内部被抽干并填入混凝土。

(b) 气动式沉箱。气动式沉箱(pneumatic caissons)，是在压缩空气下进行挖掘，以防止水和泥土进入箱内。这种沉箱为箱形，顶部封闭，底部有一个工作槽，借助压缩空气将水排出。因此在干燥的情况下有利于挖掘，而随着挖掘的进行，沉箱会下沉。最后在达到所需深度的最终位置后，用混凝土填充工作槽。

(c) 浮式或箱式沉箱。这种沉箱也是箱形的，但底部封闭顶部开放。这种类型的沉箱是在地面上浇筑的，拖到现场，然后用沙子、碎石、混凝土或水灌入沉箱。

建造沉箱的材料可以使用木材、竹筋、钢材或钢筋混凝土，取决于工作的重要性和规模。不过现在使用钢筋混凝土比较多, 木材或竹筋已很少使用。

钢沉箱是由钢板、内部钢架和混凝土填充物组成的，混凝土只是为了提供必要的重量以帮助下沉过程，与钢筋混凝土建造的沉箱相比，这种下沉过程更加连续，速度也相对较快。

钢筋混凝土沉箱利用了混凝土强度和自重下沉的双重目的。混凝土必须浇筑在合适的高度，称为 "升降机"，在规定的时间内凝固，然后将每个升降机沉入位置。这必然会造成一些时间上的损失，因为下沉操作所需的时间比钢沉箱多得多。然而实践证明，对于大型和重型的工作来说，混凝土沉箱比钢结构沉箱更经济。

沉井的平面形状有圆形, 圆端形, 矩形等, 如下图所示.

沉井的平面形状  

 a)单孔沉井；b)双孔沉井；c)多孔沉井

沉井的立面形状有柱形, 阶梯形, 锥形等, 如下图所示.

沉井剖面图

a）直壁柱型；b）外壁单阶型；  

c）外壁多阶型；d）内壁多阶型

3 沉井的适用条件

根据经济合理、施工上可能的原则，一般来说，当存在以下一个或多个条件时，与其他类型的深基础相比沉井是有优势的, 可以采用沉井基础。

(1) 地层中含有较大的卵石，不能进行正常的桩基础施工(大直径钻孔桩); 

(2) 在山区河流中，虽然土质较好，但冲刷大，需要在河床下延伸一个巨大的底层结构，以抵抗流水冲刷和/或漂浮物造成的破坏力;

(3) 预期会有很大的侧向力;

(4) 上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，做扩大基础开挖工作量大，以及支撑困难，但在一定深度下有好的持力层，采用沉井基础与其他深基础相比较，经济上较为合理的；

(5) 岩层表面较平坦且覆盖层薄，但河水较深；采用扩大基础施工围堰有困难时。

沉井基础主要用于湖泊、河流、海洋中的桥墩和桥台、防护堤和其他护岸工程，以及承受巨大垂直和水平力的泵房等大型临水建筑物的基础。作为大型高层建筑和其他结构的地基气动沉箱偶尔也会使用。

关键词: 桩基础; 地基承载力

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